根據(jù)金鑒實驗室經(jīng)驗,提供塑封器件分層失效分析檢測服務(wù),塑封器件分層可能的原因有:
1. 爆米花效應(yīng)
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當(dāng)封裝暴露在回流焊的高溫時, 非密封型封裝內(nèi)的蒸汽壓力會大幅增加. 在特定狀況下, 該壓力會造成封裝材料發(fā)生內(nèi)部脫層從而脫離晶粒及(或)導(dǎo)線框/基座, 或是發(fā)生未擴展到封裝外面的內(nèi)部裂縫、或是邦定損傷、金屬線窄化、邦定翹起、晶粒翹起、薄膜裂縫, 或邦定下方產(chǎn)生凹口. 以最嚴(yán)重的狀況來說, 這個應(yīng)力會造成封裝發(fā)生外部裂縫. 一般稱為〝爆米花〞現(xiàn)象, 因為這個內(nèi)部應(yīng)力會造成封裝膨脹, 然后發(fā)出一聲"砰"的破裂聲. SMD比通孔組件更容易發(fā)生這種現(xiàn)象, 因為它們在回流焊時暴露在更高的溫度中. 原因在于焊接作業(yè)一定要發(fā)生在與SMD組件同一面的板面上. 對于通孔組件, 焊接作業(yè)發(fā)生在板的下面, 從而將組件遮蔽隔離了熱錫料. 采用插入焊或"pin浸錫" 制程的通孔組件可能也會遇到發(fā)生在SMT組件的現(xiàn)象 - 由濕氣誘發(fā)的不良。
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塑封器件在焊接期間傳導(dǎo)到器件上的熱有三種來源:紅外回流焊加熱、氣相回流焊加熱和波峰焊加熱。紅外加熱的峰值溫度是235~240C,加熱時間10s;氣相加熱的溫度是215+—5C,加熱時間40s;波峰焊加熱的峰值溫度是2605+—5C,時間5s。在器件受熱過程中,由于管殼中所吸附的水分快速汽化,內(nèi)部水氣壓力過大使模制材料(環(huán)氧樹脂化合物)膨脹,出現(xiàn)的分層剝離和開裂現(xiàn)象,俗稱“爆米花”效益。管殼開裂既可在膨脹過程中出現(xiàn),也可在冷卻和收縮到其正常尺寸過程中發(fā)生。
這些裂縫會給水分和污染物的侵入提供通道,從而影響長期可靠性。且在模制材料膨脹過程中,在內(nèi)部產(chǎn)生的剪切應(yīng)力會影響焊線的完好性,特別是在芯片角應(yīng)力最大,嚴(yán)重時會導(dǎo)致鍵合線翹起、鍵合接頭開裂和鍵合引線斷開,引起電失效。這一現(xiàn)象與焊接過程的溫度變化范圍、封裝水分含量、封裝尺寸和模壓材料粘合力有關(guān)。這種效應(yīng)在大管腳數(shù)的塑封器件上更為強烈。
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2.鍍銀層腐蝕
3.潮氣入侵
塑封器件內(nèi)部的潮氣是由于水汽滲透進樹脂而產(chǎn)生的,而且水汽滲透的速度與溫度有關(guān)。塑封器件的許多失效機理,如腐蝕、爆米花效益等都可歸結(jié)為潮氣入侵。
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4.低溫環(huán)境
在從室溫到極端寒冷環(huán)境的熱循環(huán)過程中,模壓復(fù)合物與基片或引線框之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)差異可造成分層和開裂。在極端低溫下,由于貯存操作溫度和密封溫度之間的差異很大,因此導(dǎo)致分層和開裂的應(yīng)力也很大,并且隨著塑料在極端低溫下耐開裂強度的下降,開裂的可能性也隨之增加(封裝經(jīng)過-55C~125C的熱循環(huán)時,引線框尖銳邊緣處就會出現(xiàn)開裂和分層)。另外,潮濕對低溫下關(guān)鍵基片——封裝材料界面上的分層還會產(chǎn)生加速效應(yīng)。這種加速效應(yīng)可由封裝內(nèi)凝結(jié)水汽的凍結(jié)和解凍所引起的。
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5.外界溫度沖擊
通常由元器件生產(chǎn)廠商提供的塑封器件對溫度的要求不高,能滿足以下3種溫度范圍的要求即可:0~70C(商業(yè)溫度)、-40~85C(工業(yè)溫度)、-40~125C(汽車溫度),這些范圍比傳統(tǒng)的軍用溫度范圍(-55~125C)要窄。但大量的失效案例表明,即使以上3種溫度范圍內(nèi),失效的塑封器件比例依然很高。
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